Johnnie Hancock,
Agilent Technologies
בעת איתור באגים בתכנונים דיגיטליים, לעתים קרובות קשה עד בלתי אפשרי להגדיר את האוסילוסקופ באופן שיאפשר לו להסתנכרן במקרים של בעיות ספציפיות וייחודיות הקשורות באותות. ניתן להשתמש ביכולת InfiniiScanZoneTrigger מבוססת החומרה בשילוב עם triggering מסורתי של אוסילוסקופים כדי לקדם את ההתמקדות באותות בעייתיים. אם אתה מצליח לראות את האות הבעייתי תוך שימוש ב-triggering סטנדרטי של אוסילוסקופ, הרי שבאפשרותך לסנכרן את תצוגת הסקופ ולמקדה במופעים הבעייתיים של האות באמצעות ZoneTrigger. הדרך הטובה ביותר שבה תוכל להבין את יכולות ה-ZoneTrigger היא על-ידי בחינת דוגמאות מדידה אמיתיות.
ביצוע
triggering בקצוות שאינם מונוטוניים
אות דיגיטלי בעל קצה שאינו מונוטוני הוא כזה שמשנה כיוון או “משתהה” זמנית במהלך העלייה או הירידה. באיור 1 מוצגת דוגמה לקצה לא מונוטוני, אשר מופיע בצורה אקראית ולעתים רחוקות ביותר. כאשר קצבי עדכון הלכידה מגיעים לרמה של עד 1,000,000 צורות גל בשנייה, ניתן לראות בבירור את האות הבעייתי בעת ביצוע triggering על כל קצה “עולה” של שרשרת הפולסים הדיגיטליים. בשלב זה, הבעיה נסובה על הבנת האופן שבו יבוצע ה-trigger על האות הבעייתי וכיצד יוצג במדויק האות המתאפיין באנומליה בלבד, מבלי שיוצגו האותות התקינים אשר מתאפיינים בקצוות נקיים. אם נוכל לסנכרן את תצוגת הסקופ, כך שתציג בפנינו אך ורק את האותות הבעייתיים, ייתכן שנוכל לבחון אותות נוספים שקיימים במערכת, בניסיון לזהות קורלציה שתסייע לנו לפתור את הבעיה של תקינות האות.
סקופים מסוימים מצוידים ביכולת לבצע trigger בקצוות על סמך זמני עלייה או ירידה “גדולים מ-” או “פחותים מ-“. יכולת זו עשויה לפתור את בעיית ה-triggering, אולם הגדרת הסקופ באופן שמאפשר ליצור תנאי trigger ייחודי כגון זה עלולה להיות משימה מורכבת, שצורכת זמן רב. באמצעות ZoneTrigger, ניתן פשוט לשרטט תיבה (“אזור”) בתצוגת הסקופ, באזור שבו נמצאת החריגה באות ולאחר מכן להגדיר, כי על צורת הגל “לחצות” את האזור המסוים כדי לאפשר תצוגה ייחודית. בהמשך, הסקופ יציג רק את צורות הגל אשר עומדות בתנאי זה, כמתואר באיור 2.
בנוסף, ניתן גם לשנות את התנאי ולהגדירו כ”אין לחצות” (“mustnotintersect”) ובמקרה זה, הסקופ יציג רק את צורות הגל בעלות קצוות העלייה התקינות, כמתואר באיור 3. לחלופין, ניתן פשוט להסיט את תיבת האזור המקורית “חובה לחצות” (“mustintersect”) לעבר אזור צורת הגל הסמוך שמתאפיין בתקינות אותות, וזאת באמצעות מסך המגע של הסקופ.
כיצד בעצם פועל
InfiniiScanZoneTrigger?
כאשר ZoneTrigger מופעל, האוסילוסקופ לוכד תחילה את כל צורות הגל אשר עומדות בתנאי ה-trigger שהוגדר. אף על פי ש-triggering פשוט של קצוות עולים או יורדים הוא זה שנמצא בשימוש לעתים קרובות ביותר, הרי שניתן להשתמש בכל תנאי רצוי כקדם-מזהה, לרבות triggering טורי. לאחר מכן, הסקופ ישווה כל צורת גל שנלכדה אל מול “אזורים” שהוגדרו מראש (עד שני אזורי זיהוי) בקצב לכידה והשוואה בסיוע חומרה של עד 200,000 צורות גל בשנייה, ובהמשך יציג רק צורות גל שעומדות בקריטריוני ההגבלה של האזור.
יכולת InfiniiScanZoneTrigger של Agilent, מספקת שיטה קלה ואמינה ללכידת אותות אנומלים/אקראיים. באופן עקרוני, אם אתה מבחין באנומליה בתצוגת הסקופ, כאשר הסקופ מתעדכן בקצב של 1,000,000 צורות גל לשנייה תוך שימוש בתנאי trigger מסורתי כגון “edgetrigger”, הרי שהסקופ יכול ללכוד ולהציג את האנומליה עצמה באמצעות ZoneTrigger, אשר מתאפיינת בקצב הסמכה (qualification) של 200,000 צורות גל בשנייה.
ביצוע
triggering במצב Metastable
מצב Metastable הוא תקלה לא תכופה, אשר עלולה להיגרם בגין תזמון גבולי של אותות נתונים ושעון. איור 4 מציג דוגמה לאות נתונים, אשר לעיתים רחוקות מתחיל לעבור מרמה לוגית גבוהה לרמה לוגית נמוכה – אולם אז חוזר כלעומת שבא. באמצעות קצב עדכון צורות הגל המהיר וחסר הפשרות של הסקופ, שעומד על 1,000,000 צורות גל בשנייה, ניתן לראות בבירור את האנומליה בעת ביצוע triggering על הקצה היורד (מסך אמצעי) של אות הנתונים. כדי להתמקד אך ורק באותות המתאפיינים בתקלה הנדירה, ניתן להשתמש באחד ממצבי ה-violationtriggering המתקדמים של הסקופ, כגון pulse-widthtrigger. אבל אם האמפליטודה הנגטיבית של התקלה נמוכה מדי, שיטה זו עלולה לא תמיד לפעול. שיטה קלה ואמינה יותר לסנכרון אמפליטודות שונות מבוססת על יכולת ה-ZoneTrigger של הסקופ.
לאחר שרטוט תיבת האזור של “חובה לחצות” בתחומי אזור האנומליה שבתצוגת הסקופ, ניתן לראות באיור 5 את הסקופ המציג רק את מופעי צורת הגל אשר כוללים את התקלה (מצב
Metastable). לאחר שהצלחנו ליצור סנכרון עבור האות הבעייתי, המשך פתרון הבעיות והטיפול בשורש התקלה עשויים לכלול בחינת אותות נוספים שקיימים בתכנון, לצורך זיהוי התאמה.
ביצוע
triggering על אותות טוריים ייחודיים
אף על פי ש- ZoneTrigger נמצא בשימוש לעתים קרובות ביותר לצורך ביצוע trigger באותות בעייתיים, כגון שתי הדוגמאות שתוארו לעיל, ניתן להשתמש בו גם לצורך ביצוע trigger בדפוסים טוריים ייחודיים. דוגמה נפוצה כוללת הגדרת הסקופ באופן שמאפשר ביצוע trigger בפולס מבודד. לעתים קרובות, אפיון איכותם של אותות האפיק הטורי מצריך ביצוע מדידות על אותות “אחד” מבודדים ו/או אותות “אפס” מבודדים. עבור אותות מסוג NRZ, “אחד” מבודד מוגדר כסיבית בודדת גבוהה, שלפניה ואחריה מופיע מספר נתון של “אפסים”. “אפס” מבודד מוגדר כסיבית בודדת נמוכה, אשר לפניה ואחריה מספר נתון של אותות “אחד”.
באיור 6 מוצגת דוגמה של triggering של סקופ, המבוצע על קצוות עולים של אות אפיק טורי FlexRay של 10Mbps. בנקודה זו, רק הקצה העולה של האות הבודד מבודד במסך האמצעי של תצוגת הסקופ (מיקום ברירת המחדל של ה-trigger). כיוון שקצב השידור (baudrate) הטורי של אות זה הוא 10Mbps, סיבית בודדת צריכה להיות 100ns ברוחבה. הגדרת בסיס הזמן של הסקופ כ-100ns/div תקל עלינו בחישוב הרוחב המשוער של תיבות האזור המגבילות שלנו.
איור 7 מציג שתי תיבות אזור של “אין לחצות”, ששורטטו כדי לעמוד בדרישות הבידוד של סיבית גבוהה בודדת, שלפניה שלושה אפסים או יותר ואחריה שני אפסים או יותר. ניתן לחשוב על אזורים אלה כעל “תיבות שמירה” של צורות הגל. כעת, לאחר שביצענו סנכרון והתמקדנו אך ורק בפולסי ה”אחד” המבודדים, ניתן לבצע את מדידות האפיון הדרושות בצורת הגל, כגון זמן עלייה, זמן ירידה, רוחב פולס וכד’.
סיכום
במאמר זה כיסינו מספר דוגמאות לאופן שבו יכולת ה- ZoneTrigger מבוססת החומרה של האוסילוסקופ יכולה לשמש לסנכרון תצוגת הסקופ ומיקודו באותות שכוללים אנומליות בלתי תכופות (או צורות מוזרות). בנוסף, הדגמנו גם כיצד ניתן להשתמש ב-ZoneTrigger לצורך הסתנכרנות על אותות שעשויים אמנם להיות תקפים (אותות שאינם בעייתיים), אולם יכולים להיות כה מורכבים, עד שהשימוש ב-triggering סטנדרטי של אוסילוסקופים עלול להיות מורכב ואף בלתי אפשרי עבורם, על רקע טכנולוגיית האוסילוסקופים הקיימת כיום.
רבים מהתקני ה- DSO (אוסילוסקופ אחסון דיגיטלי) הקיימים בשוק מספקים תכונות שמאפשרות ביצוע פעולות מתקדמות יותר של triggering וניתוח על אותות מורכבים ומהירים. אולם לעתים קרובות, השימוש בתכונות מתקדמות של האוסילוסקופ עלול להתברר כמורכב יתר על המידה – ולרוב אף מצריך איתור של “מומחה” אוסילוסקופים תורן, כדי שיגדיר כראוי את הסקופ. יכולת ה-zonetriggering מבוססת החומרה, הינה כלי רב עוצמה וקל לשימוש, אשר מאפשר לבודד מדידות של צורות אות ספציפיות, ובנוסף הנו כלי מדידה קל לשימוש. לאחר זיהוי האות בתצוגת הסקופ, פעולת הסנכרון שלו פשוטה ומסתכמת ב-3 צעדים:
1. הצבע על האות.
2. שרטט תיבה (אזור) סביבו.
3. בצע בו
trigger.
